Анализ эффективности потоков технологических операций

Размещено на сайте 10.06.2009.

К ТРИЗ-fest 2009

Предлагаемая вниманию читателей статья Андрея Ефимова основана на опыте проведения огромной по сложности и напряжению сил работе, выполненной им с коллегами по заказу крупной промышленной компании.

Редактор

 

 

Ключевые слова: Анализ эффективности потоков; технологические операции.

1. Исходная ситуация. Особенности классического потокового анализа

Классический потоковый анализ [1] рассматривает по отдельности потоки каждого из перемещающихся в рассматриваемой системе вещества, энергии и информации. Такой подход позволяет оценить и при необходимости усовершенствовать эффективность использования отдельно каждого из этих потоков по критерию соотношение полезного результата к количеству используемых ресурсов.

Этого оказывается вполне достаточно для решения задач по снижению себестоимости продукции выпускаемой рассматриваемой технической системой или технологическим процессом.

Однако этот классический подход не позволяет решать целый класс задач по повышению производительности. Более того, в ТРИЗ в настоящее время нет единого инструмента, приспособленного для этого.

2. Суть предложения. Отличительные особенности анализа потоков операций

Предлагается расширить область применения классического потокового анализа на решение задач повышения производительности технологических процессов и технических систем.

Для достижения этой цели предлагается:

1) К рассматриваемым в традиционном потоковом анализе потокам вещества, энергии и информации добавить поток технологических операций.

2) Количественную оценку потоков операций производить не по количеству вещества, энергии или информации, а по продолжительности потоков во времени (Таблица 1).

3) Внести незначительные дополнения, расширяющие трактовку основных механизмов закона.

Таблица 1

Сравнение существующего классического и предлагаемого анализа потоков

№ п/п Основные характеристики Классический анализ эффективности потоков Предлагаемый анализ потоков технологических операций
1 Цель анализа Повышение эффективности использования рассматриваемых потоков Повышение производительности технологических процессов или технических систем
2 Улучшаемый параметр Соотношение полезного результата и использованных ресурсов Сокращение времени выполнения полного технологического цикла
3 Объект анализа По отдельности потоки каждого вида вещества, каждого вида энергии и каждого вида информации Протекающий во времени поток технологических операций
4 Рассматриваемые параметры Количество каждого вида переносимого вещества, энергии и информации Продолжительность каждой работы, входящей в рассматриваемый поток

3. Особенности практического применения предлагаемого метода

3.1. Термины и определения

Для использования Закона повышения эффективности использования потоков при анализе потоков операций, классическая формулировка Закона не требует каких-то изменений: "Закономерность развития технических систем, содержащих потоки вещества, энергии и информации, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит повышение эффективности использования этих потоков". Предлагается лишь несколько расширить трактовку повышения эффективности, понимая под этим в частности и сокращение длительности этих потоков во времени, а также рассматривать потоки вещества, энергии и информации при решении данного типа задач не каждый по отдельности, а в виде единых потоков технологических операций, протекающих во времени (Таблица 2). Такое объединение разнородных потоков представляется в достаточной степени обоснованным, так как любая технологическая операция представляет собой единый поток вещества, энергии и информации.

В анализе потоков операций используются практически все основные термины традиционного потокового анализа [1] с небольшими изменениями формулировок некоторых из них (Таблица 2)

Таблица 2

Термины и определения

Термин Определение
Поток технологических операций Совокупность технологических операций, составляющих технологический процесс, или процесс функционирования технической системы, характеризуемая длительностью и взаимным расположением операции во времени: последовательное (поочередное) или параллельное (одновременное)
Вредный поток Скорее всего понятия "вредный поток технологических операций" быть не должно (по аналогии с отсутствием понятия "вредная технологическая операция" в функциональном анализе процессов)
Бутылочное горлышко Технологическая операция, обрабатывающая меньшее число изделий в единицу времени, чем остальные операции, выполняемые с ней последовательно, или имеющая продолжительность, большую чем у остальных операций, выполняемых с ней параллельно
Застойная зона Потери времени, связанные с паузами в выполнении одной или нескольких технологических операций и вызванные наличием Бутылочных горлышек в операциях выполняемых с ней параллельно
Паразитный поток Исправительная операция, предназначенная для исправления дефектов или других нежелательных явлений, образовавшихся в ходе выполнения предшествующих операций
Серая зона Операция, в которой влияние технологических параметров на её длительность не поддается расчету и прогнозированию и в которой эти параметры обычно подбирают эмпирически

3.2. Механизмы закона применительно к потокам технологических операций

При анализе исходного технологического процесса или исходной ТС для выявления их недостатков, а также при решении задач по устранению этих недостатков применимы почти все основные механизмы традиционного потокового анализа [1] с некоторыми уточнениями в отдельных случаях (Таблица 3)

Таблица 3

Механизмы закона применительно к потокам операций

Механизм закона Комментарий
Повышение проводимости полезных потоков
Снижение количества преобразований потока Так как любые преобразования потоков опасны потерями не только вещества и энергии, но и времени, то переход от потока, имеющего много преобразований, к однородному потоку в полной мере применим и для потоков операций
Преобразование потока Переход от операций с низкой производительностью к более производительным
Модификация потока для повышения проводимости
Сокращение длины потока Переход от последовательного к параллельному выполнению операций
Устранение "серых зон" Переход от операций, производительность которых не поддается предсказанию и контролю, к операциям, свободным от этого недостатка
Устранение "бутылочных горлышек" Увеличение производительности операций, которые "тормозят" весь процесс
Повышение проводимости отдельных звеньев потока Сокращение продолжительности / повышение производительности выполнения отдельных операций
Повышение удельных характеристик потока
Придание потоку функций другого потока Если операция дополнительно берет на себя функции другой операции без увеличения длительности выполнения, вторая становится ненужной и суммарная производительность увеличивается
Использование одного потока в качестве переносчика второго
Передача нескольких однородных потоков по одному каналу
Полезное действие потоков друг на друга Организация взаимодействия различных операций таким образом, что производительность каждой из них повышается
Полезное действие потока на проводящий тракт другого потока Одновременное (параллельное) выполнение нескольких операций при котором поля или вещества, образующиеся в результате одной операции позволяют сократить время выполнения другой / остальных
Полное или частичное выведение потока за пределы системы Например, повышение производительности за счет использования готовых комплектующих, поставляемых извне
Повышение эффективности использования полезных потоков
Устранение "застойных зон" Устранение простоев в технологическом процессе за счет устранения бутылочных горлышек или изменения последовательности выполнения операций
Переход к импульсным воздействиям Классические примеры [1] показывают различные способы повышения производительности процесса
Использование резонанса
Модулирование потока
Использование градиентов
Сложение нескольких однородных потоков Запараллеливание операций - вместо одной операции с высокой производительностью - несколько однотипных, менее производительных, но выполняемых одновременно
Использование двух разнородных потоков для достижения синергетического эффекта Возможно, классический пример с уничтожением спор сибирской язвы [1] иллюстрирует возможность сокращения длительности процесса за счет одновременного выполнения двух разнородных операций (нагрева и химической обработки)
Предварительное насыщение оперативной зоны веществом, энергией и информацией Например, предварительная изоляция основной части каждой трубы, с тем, чтобы при сборке трубопровода изолировать только стыки после их сварки

4. Практический пример выполнения анализа потоков операций

4.1. Описание исходного технологического процесса

Требуется повысить производительность конвейерного технологического процесса, в ходе которого очень длинное непрерывное изделие проходит последовательную обработку на нескольких рабочих станциях, работающих одновременно.

Каждая станция выполняет одну или несколько операций на неподвижном изделии, после чего изделие перемещается на расстояние равное расстоянию между станциями (Рисунок 1).

Рисунок 1. Схема исходного технологического процесса.

4.2. Анализ потоков операций

При потоковом анализе исходного процесса были построены две различные модели, характеризующие рассмотрение процесса с двух разных точек зрения:

Одна линейная цепочка операций, выполняемых последовательно, одна после другой над одним элементом изделия в процессе перемещения его с одной станции на другую (Рисунок 2);

Рисунок 2. Модель в виде цепочки последовательно выполняемых операций

Несколько параллельных цепочек операций, выполняемых одновременно в каждый момент времени на всех рабочих станциях (Рисунок 3).

В результате анализа были выявлены следующие недостатки исходного процесса:

Процесс содержит большое количество преобразований потока:

операции перемещения изделия многократно чередуется с операциями изготовления (Рисунок 2); в результате имеет место большое количество фаз разгона и торможения изделия, из которых состоят операции перемещения, что существенно снижает среднюю скорость перемещения и увеличивают его время;

при выполнении однотипных операций "Шов 1", " Шов 2", " Шов 3" производится установка оборудования (операции "У" Рисунок 2) перед каждой из них и снятие оборудования ("С") после окончания каждой до начала операции очередного перемещения;

В процессе имеется "Серая Зона" - операция "Обмазка", для которой не выявлена количественная зависимость длительности протекающих в ней процессов от основных рабочих параметров и для которой эти параметры были подобраны эмпирически;

Процесс, объединяя в себе как последовательную, так и параллельную организацию потоков операций, вобрал в себя все недостатки, присущие каждой из этих схем:

Наличие потоков большой длины как при последовательной схеме (Рисунок 2);

Наличие "Бутылочных горлышек" в виде операции " Шов 3", имеющей наибольшую продолжительность, как при параллельной схеме (Рисунок 3);

Как для параллельной схемы в процессе выявлены застойные зоны, выделенных пунктирными овалами (Рисунок 3), в которых на всех рабочих станциях, кроме третьей, происходит простой в ожидании завершения работы на станции № 3 и очередного перемещения изделия

Рисунок 3. Модель в виде нескольких параллельных цепочек

4.3. Решение выявленных проблем с помощью механизмов потокового анализа

Использование потокового анализа на концептуальном этапе позволило найти решения проблем, выявленных в ходе анализа.

Ниже (Таблица 4, Рисунок 4 ­‑ Рисунок 6) приводится краткий обзор основных использованных механизмов и некоторых, полученных с их помощью решений.

Таблица 4

Основные решения, полученные с помощью механизмов закона

Использованные механизмы закона Полученные решения Рис.
Устранение "Застойных зон" Для устранения или существенного сокращения длинны "застойных зон" предлагается устранить выявленное "бутылочное горлышко" в виде операции "Шов 3", имеющей наибольшую продолжительность. Для этого в свою очередь предложено преобразовать поток этой операции так чтобы повысить её проводимость. Указанные механизмы реализованы путем замены используемой технологии выполнения операции на найденную новую, более производительную Рисунок 4
Устранение "Бутылочных горлышек"
Преобразование потока (модификация потока для повышения проводимости)
Повышение проводимости отдельных звеньев
Устранение "Застойных зон" На рабочей станции последовательно выполнять все операции производственного цикла и перемещение изделия производить один раз после окончания всего полного технологического цикла Рисунок 5
Снижение количества преобразований потока
Сложение нескольких однородных потоков Оставить исходное количество рабочих станций, каждая из которых выполняет все операции технологического цикла, а перемещение изделия производится один раз за цикл, но сразу на величину, равную расстоянию от первой станции до последней
Сокращение длины потока Перейти от последовательного выполнения операций изготовления и перемещения изделия к параллельному (одновременному) Рисунок 6

Рисунок 4. Сокращение длинны "Застойных зон" путем модификации потока для повышения его проводимости

Рисунок 5. Полное устранение всех "Застойных зон", снижение преобразований и сложение однородных потоков

Рисунок 6. Одновременное изготовление и перемещение изделия

Выводы

Использование предлагаемой методики позволило повысить производительность рассматриваемого процесса более чем на 40%.

Список литературы

1. Любомирский А., Литвин С. Законы развития технических систем. GEN3 Partners 2003, http://www.metodolog.ru/00822/00822.html

В тексте сохранены авторская орфография и пунктуация.


RSS-материал